Membrane Biologiche Membrane Biologiche Barriere per confinare sostanze

Membrane Biologiche

Membrane Biologiche • Barriere per confinare sostanze o attività in ambienti specifici – Confini Cellulari – Organelli • Costituite da lipidi e proteine

Sistema di Endomembrane • Mediano il trasporto di metaboliti Nucleo • Confinano le differenti attività della cellula • Delimitano i compartimenti cellulari – Organelli Involucro Nucleare Ribosomi Reticolo Endoplasmatico Vescicole di secrezione Apparato di Golgi Lisosoma Perossisoma Membrana Plasmatica

Organelli Cellulari • Nucleo e Mitocondri hanno Doppia Membrana • Apparato di Golgi, Reticolo Endoplasmatico, Lisosomi hanno Membrana Singola

Componenti della membrana • Fosfolipidi, ANFIPATICI – Hanno caratteristiche sia idrofiliche sia idrofobiche • Colesterolo – Presente in praticamente tutte le membrane delle cellule animali – Stabilizza la membrana rendendola più o meno fluida Gruppo Idrofilico Coda Idrofobica

Testa Idrofilica Coda Idrofobica

Micella Liposoma Doppio strato fosfolipidico

DOPPIO STRATO FOSFOLIPIDICO • Condizione energeticamente favorevole in ambiente acquoso – Teste Idrofiliche • All’esterno – Code Idrofobiche • All’interno, non in contatto con l’acqua • Il doppio strato fosfolipidico si chiude spontaneamente su se stesso formando Compartimenti Stagni – Non ci sono mai estremità libere

Modello del Sandwich • 1935, Davson e Danielli, studiano la membrana dei globuli rossi • Doppio strato lipidico compreso tra due strati proteici • Rimasto valido fino agli anni ‘ 50

Modello del Mosaico Fluido • Anni ‘ 50, microscopia elettronica rivela che la membrana plasmatica è uniforme e sottile, non più di 10 nanometri • Struttura trilaminare, trilaminare due scuri ed uno chiaro

Modello del Mosaico Fluido • Anni ‘ 60, paradosso delle proteine – La loro purificazione dimostra che non sono così omogenee come si pensava – Composizione e dimensioni sono molto variabili – Alcune molto più grandi di quanto ipotizzato • Come potevano costituire uno strato di soli 10 nanometri? • Tutte piatte ed estese? Struttura a foglietto ripiegato? • In realtà molte hanno struttura globulare

Modello del Mosaico Fluido • Il Doppio Strato Lipidico contiene una serie di proteine, che possono posizionarsi in maniera variabile • 1972, Singer e Nicholson – Le proteine sono incastonate nel doppio strato lipidico, come tessere di un mosaico – Non sono immobili, si possono muovere, come “iceberg che galleggiano in un fluido di lipidi” (Nocciole nel torrone)

Modello del Mosaico Fluido

Fluido Bidimensionale • Frey ed Edidin, Edidin 1970 – Marcatura con fluorocromi differenti delle proteine di membrana di cellule umane e cellule murine – Fusione delle cellule con il virus Sendai • Per infettare fonde la membrana del proprio capside con quella dell’ospite – Se modello valido, trascorso un certo periodo di tempo, le proteine devono essere ridistribuite in maniera casuale

Proteine di Membrana • Le proteine costituiscono circa il 50% della massa della membrana • Sono gli esecutori di praticamente tutte le attività della membrana – Proteine strutturali – Proteine funzionali • Pompe • Canali • Recettori • Trasduttori del segnale • Enzimi

Proteine di Membrana • Proteine Intrinseche – Integrali alla membrana – Sono molecole Anfipatiche – Alcune attraversano completamente la membrana, altre solo in parte

Proteine di Membrana • Proteine Estrinseche – Non sono incluse nel doppio strato lipidico, ma sulla superficie interna o esterna – Interagiscono con le proteine intrinseche attraverso interazioni non-covalenti

Proteine di Membrana • Proteine “Estrinseche” – Legate a lipidi da legami covalenti – Legate a fosfolipide o acido grasso inserito in uno dei due foglietti

Morfologia della membrana • Trilaminare al microscopio elettronico • Presenza di ammassi proteici sia sulla faccia citoplasmatica che sulla superficie esterna

Freeze Fracture

Asimmetria • Faccia E • Emi-membrana esterna, più liscia, proteine transmembrana, lipidi • Faccia P • Emi-membrana proto-plasmatica, contiene la maggior parte delle proteine

Movimentazione delle proteine • Proteine della faccia P – La maggior parte vengono sintetizzate dai ribosomi liberi – Si muovono nel citoplasma verso la membrana • Proteine della faccia E – Vengono prodotte come proteine destinate ad essere esportate – Ribosomi associati al RER – Nel lume del RE vengono modificate (glicosilazione) – Passano al complesso del Golgi, ulteriore modificazione – Poi vescicole che si fondono con la membrana

Movimentazione delle proteine Traffico Vescicolare • Dopo essere state sintetizzate all’interno del Reticolo Endoplasmatico Rugoso: Lume del RE Vescicola di trasporto Vescicole del Golgi Vescicole secretorie Membrana plasmatica

Nucleo Traffico Vescicolare Reticolo Endoplasmatico di Transizione Reticolo Endoplasmatico Rugoso Cisterne del Golgi Mediale cis-Golgi trans-Golgi Apparato di Golgi Lisosoma Membrana Plasmatica

Carboidrati e membrane • Glicoproteine – Proteine di membrana a cui vengono attaccati degli oligosaccaridi – Vengono attaccati all’estremità che non entra mai in contatto col citoplasma (nel lume del RE) • Proteoglicani – Proteine di membrana con una o più catene polisaccaridiche • Glicolipidi – Lipidi con attaccati degli oligosaccaridi

Glicocalice • Protegge la cellula da insulti chimici e/o meccanici • Impedisce alle cellule del sangue di attaccarsi tra loro o alle pareti dei vasi • Importante nel riconoscimento cellula-cellula e nei fenomeni di adesione • Neutrofili riconosciuti dalle cellule endoteliali, nei siti di infezione, il riconoscimento permette l’adesione alla parete e l’extra-vasazione Glicocalice Citosol Nucleo Membrana Plasmatica

Matrice Extra Cellulare (ECM) • Secreta dalle cellule • Gel di carboidrati e proteine fibrose – Collagene • Principale costituente strutturale dell’ECM • Forma una rete di fibre molto fitte – Fibronectine • Glicoproteine • Organizzano ECM • Servono come attacco per le cellule • Mediato da Integrine

Funzione delle proteine di membrana • Ancoraggio – Integrine, ancorano la cellula alla matrice extra -cellulare (ECM) • Trasporto Passivo – Canali che permettono il passaggio selettivo di ioni e molecole • Trasporto Attivo – Pompano soluti attraverso la membrana; – Richiede ATP

Funzione delle proteine di membrana • Attività Enzimatica – Catalizzano reazioni che avvengono all’interno o sulla superficie della membrana • Trasduzione del segnale – Recettori che legano molecole segnale (ormoni) e trasmettono l’informazione all’interno della cellula

Funzione delle proteine di membrana • Riconoscimento cellulare – Antigeni, permettono il riconoscimento di cellule estranee all’organismo • Giunzione inter-cellulare – Proteine di adesione, legano le membrane di cellule adiacenti